شبیه سازی مونت کارلوی طیف انرژی، پخش زاویه ای و توزیع شار شعاعی باریکه فوتونی یک شتاب دهنده پزشکی با استفاده از کد MCNP4C

تحقیقات پیشین نشان داده اند که روش مونت کارلو جهت ترابرد باریکه های فوتونی در شتاب دهنده های پزشکی روش مناسبی می باشد. باریکه های شبیه سازی شده را می توان جهت اندازه گیری توزیع دز در فانتوم و بدن بیماران استفاده کرد. شناخت توزیع های زاویه ای، انرژی و شعاعی مهم ترین اطلاعات باریکه فوتونی بوده و می تواند جهت کاربرد کلینیکی روش های شبیه سازی مورد استفاده قرار گیرد. اطلاعات فاز - فضا شتاب دهنده Elekta SL75/25 در کد MCNP4C شبیه سازی شد. شبیه سازی در این کد به دلیل الگوریتم ها و مدل های فیزیکی متفاوت از کد EGS4 نیاز به بررسی دارد. در این تحقیق ضمن ارایه مراحل شبیه سازی کامل ساختار سر شتاب دهنده Elekta SL75/25 در کد MCNP4C، اطلاعات فاز - فضا در چهار سطح عمود بر محور مرکزی تهیه شد.
ابتدا هندسه سر شتاب دهنده شبیه سازی و از درستی آن اطمینان حاصل شد. انرژی متوسط و توزیع شدت شعاعی باریکه الکترونی از طریق مقایسه اندازه گیری و شبیه سازی شده منحنی درصد دز عمقی و پروفایل دز تعیین گردید. چهار سطح ثبت در فاصله 0.1 سانتی متر در زیر هدف، کولیماتور اولیه، فیلتر پهن کننده و کولیماتور ثانویه به صورت دوایر هم مرکز با شعاع اولیه 0.1 سانتی متر و گام های 0.1 سانتی متر تا شعاع 3.5 سانتی متر شبیه سازی شد و پس از شبیه سازی اشعه ترمزی و ترابرد شار پرتوی، اطلاعات مربوط به توزیع های انرژی، زاویه ای و شعاعی باریکه تهیه شد.
نتایج حاصل با مقادیر ارایه شده حاصل از کد EGS4 مقایسه و مشخص شد که طیف انرژی در انرژی های بالا در کد MCNP4C اندکی بالاتر از کد EGS4 می باشد. انرژی متوسطه باریکه خروجی 2.18MeV بوده که توافق خوبی با نتایج تحقیقات قبلی دارد. در تمامی سطوح ثبت اصلی، با دورشدن از محور مرکزی، پرتوها نرم تر می شوند که این تغییرات در هدف با 1.24MeV بیش ترین و در کولیماتور ثانویه با 0.13MeV کم ترین مقدار می باشد. با عبور پرتوها از ساختارهای مختلف سر شتاب دهنده، باریکه به میزان 0.61MeV سخت تر می شود. توزیع شعاعی شار با عبور از کولیماتور اولیه و فیلتر پهن کننده به میزان 0.6% و 0.05% با مرکز باریکه تفاوت دارند. شار پرتوی در فیلتر پهن کننده به میزان 50.04% کاهش می یابد که بیش تر این کاهش در انرژی های کم می باشد.
افزایش انرژی در کد MCNP4C ناشی از نحوه انتخاب کارت قطع فیزیک انرژی می باشد، که سبب گرایش انرژی میانگین باریکه الکترونی به انرژی های بیش تر شده است. کولیماتور اولیه و فیلتر پهن کننده به ترتیب در یک نواختی شار و یک نواختی شار انرژی موثر می باشند. عبور پرتوها از میان تمامی اجزا سر شتاب دهنده سبب سخت تر شدن پرتوها می شود که فیلتر پهن کننده بیش ترین تاثیر را دارد.